土壤盐结皮人工培育及其破损程度对土壤蒸发的影响

土壤盐结皮在干旱半干旱区广泛发育,对地表土壤水文过程具有重要影响,而外力对盐结皮的机械破损干扰现象普遍存在。该文以塔克拉玛干沙漠流动风沙土为例,通过室内试验利用不同矿化度(5、10、20和30 g/L)的不同盐溶液(NaCl、Na_2SO_4、CaCl_2、KCl)模拟咸水灌溉下盐结皮的形成发育过程,根据盐结皮理化性质确定了其最适人工培育条件,并在此基础上模拟了盐结皮不同破损程度(破损100%、破损50%、破损25%和无破损)影响下的土壤蒸发过程。结果表明:盐结皮的硬度、抗剪切力、pH值和电导率通常随着灌溉水矿化度的增加而增大,采用30g/LNaCl溶液培养盐结皮厚度和硬度均较大;土壤日蒸发量随盐结皮破损程度的增加而增加,并随灌水天数呈递减趋势;土壤累积蒸发量随灌水天数以及破损程度的增加而增大,盐结皮破损100%的土壤日蒸发量和累积蒸发量与其他各处理之间有显著性差异;盐结皮对土壤蒸发的累积蒸发抑制效率随灌水时间的延长呈递增趋势,随破损程度的增加而降低,盐结皮无破损处理的累积蒸发抑制效率最高达58.84%,而破损50%的处理最大仅为30.20%。总之,土壤盐结皮的人工培育在方法上是可行的,其对土壤水分蒸发具有明显的抑制作用,且其破损程度对蒸发过程具有显著影响。这对于揭示干旱半干旱区盐渍土壤水文过程和指导水土资源的合理利用具有重要意义。     

黄土高原水蚀风蚀交错区藓结皮覆盖土壤的蒸发特征

土壤蒸发是地表水分平衡及能量交换的组成部分,是干旱和半干旱区水文循环的关键环节。为探究黄土高原水蚀风蚀交错区生物结皮对土壤蒸发的影响,以风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过模拟蒸发试验和自然蒸发试验,测定了不同蒸发条件下藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发强度,分析了藓结皮覆盖土壤的蒸发特征及其与无结皮土壤的差异。结果表明:(1)模拟蒸发试验中,藓结皮对土壤蒸发过程的影响表现出明显的阶段性,与无结皮土壤相比,藓结皮使土壤蒸发强度在大气蒸发力控制阶段降低了3.04%～15.46%(0.21～1.05 mm/d),在土壤导水率控制阶段增加了32.26%～187.07%(0.58～2.54 mm/d),在水汽扩散控制阶段增加了12.91%～87.73%(0.05～0.34 mm/d);土壤累积蒸发量大小表现为藓结皮覆盖土壤无结皮土壤。(2)自然蒸发试验中,6月16日至9月3日,无降雨时藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的蒸发速率均较低,藓结皮覆盖土壤的日平均蒸发量是无结皮土壤的1.12～1.42倍,自然降雨后二者的蒸发速率快速增加,降雨后土壤蒸发量是降雨前的2.20～8.55倍;在8月10—22日观测期内,藓结皮在雨后增加了土壤含水量,并对土壤蒸发起到促进作用,藓结皮覆盖土壤的累积蒸发量显著提高了19.22%～64.09%(F=21.85,P0.01)。研究表明,藓结皮覆盖增加了风沙土和黄绵土的水分蒸发强度,可能会对黄土高原水蚀风蚀交错区土壤水分保持产生不利影响。     

黄土高原藓结皮覆盖土壤的穿透阻力特征及其影响因素

生物结皮的发育显著地影响并改变了表层土壤的理化性状,从而影响土壤穿透阻力.为探明生物结皮层对土壤穿透阻力的影响,针对黄土高原风沙土和黄绵土两种典型土壤,利用高精度土壤贯入仪测定并比较了不同含水量下藓结皮土壤和无结皮土壤的穿透阻力差异,定量分析了藓结皮层对土壤穿透阻力的影响及其与土壤性质(含水量、容重和有机质含量以及颗粒...     

黄土高原藓类生物结皮对表层土壤水分运动参数的影响

生物结皮普遍存在于干旱和半干旱地区土壤表层,对土壤水分有重要影响。为了进一步探究生物结皮对表层土壤水力学特性和水分运动过程的影响,该研究以黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮为研究对象,通过野外采样与室内试验相结合,测定了藓结皮覆盖土壤和无结皮土壤的Boltzmann变换参数、土壤水分扩散率、入渗过程、比水容量和非饱和导水率,对比分析了有无藓结皮覆盖对表层土壤水分运动参数的影响。结果表明:藓结皮覆盖抑制了表层土壤水分的扩散,藓结皮覆盖土壤的Boltzmann变换参数和水分扩散率分别比无结皮土壤降低7.9%～27.3%和99.2%～99.6%;藓结皮覆盖后表层土壤渗透性显著降低,其水分入渗参数(初始入渗率、稳定入渗率、平均入渗率、累积入渗量)和非饱和导水率分别降低了17.1%～55.4%和84.8%～92.3%;藓结皮显著提升了表层土壤的持水和供水能力,藓结皮层的水分常数(田间持水量、萎蔫系数、重力水含量、有效水含量和易利用水含量)比无结皮土壤高40.9%～1 233.3%,土壤水吸力在100k Pa时的比水容量比无结皮土壤高7.4%～1 540.5%;相比黄绵土,藓结皮覆盖对风沙土的渗透性影响较小,而对土壤持水和供水性的影响较大。综上,黄土高原藓结皮覆盖降低了土壤渗透性,同时显著提高了表层土壤的水分有效性,这可能导致土壤表层在雨后截留较多水分,进而使土壤水分分布趋于浅层化,并改变该地区的土壤水分有效性和植物水分利用策略。     

黄土高原表层土壤孔隙性状与穿透阻力对藓结皮发育的响应

为探明生物结皮如何改善土壤物理性质从而促进水土保持,针对黄土高原风沙土和黄绵土上发育的藓结皮,以无结皮为对照,原状取样后分别使用高分辨率CT扫描仪和高精度土壤贯入仪测定其孔隙性状与穿透阻力,并构建结构方程模型剖析生物结皮对土壤孔隙度和穿透阻力的作用途径。结果表明:藓结皮发育改变土壤孔隙特征参数,并显著提高表层0—2 cm土壤总孔隙度(p＝0.01),在此土层内,风沙土和黄绵土上藓结皮的总孔隙度比无结皮分别增加1.62,2.12倍,且藓结皮的孔隙度随土层深度增加呈指数降低。藓结皮和无结皮的土壤面孔率在0—1 cm土层内均急剧下降,但藓结皮整体面孔率显著高于无结皮(p＜0.001)。随土层深度增加,藓结皮的土壤穿透阻力总体呈增大趋势,但在结皮层中部发生突变,越过结皮层后趋于平稳。在2种土壤上,藓结皮的面孔率与穿透阻力均呈对数负相关关系,无结皮中则分别呈线性正相关和对数负相关关系。黄土高原藓结皮通过改变孔隙度和机械组成等间接途径,极显著地提升表层土壤穿透阻力,增强土壤表面稳定性,为区域水土保持和生态恢复提供有利条件。     

PAM喷施量与施用方式对风沙土风蚀的影响

固定流沙和减少风蚀是一个世界性的难题。PAM(聚丙烯酰胺,polyacrylamide)作为一种线性高分子聚合物,喷洒在土壤表层能形成结皮,能有效抵御风蚀,但喷施PAM溶液的结皮状况及抗风蚀能力与PAM的喷施量及土壤特性等密切相关,且PAM溶液的浓度越大则黏性越强,越不易喷洒。为了探寻PAM防风固沙的适宜喷施量及简便施用方法,该研究以乌兰布和沙漠流动沙丘的风沙土为试验材料,以风沙土的风干土及饱和湿土为对照,首先探讨PAM不同喷施量对风干土(风沙土)表层结皮状况、土壤含水率及土壤风蚀量的影响,以寻求PAM的适宜喷施量,然后再将适量的PAM干撒、干撒后喷水和喷施于风干土表层,探寻PAM的简便施用方法。结果表明:1)PAM不同喷施量的结皮覆盖度、结皮厚度、结皮抗剪强度均随PAM喷施量的增加而增加,均显著高于风干土和饱和湿土;PAM不同喷施量的土壤含水率均高于风干土,且随时间的延续均显著高于饱和湿土;喷施1、2、3和4g/m2的PAM风蚀量分别为风干土的26.83%、14.10%、13.01%和13.00%,为饱和湿土的28.78%、15.12%、14.02%和13.94%,当PAM喷施量达到2 g/m2时,PAM能有效降低风沙土的风蚀量。2)将2g/m2的PAM干撒、干撒后喷水和喷施于风干土表层,干撒PAM后喷水和喷施PAM溶液的土壤结皮覆盖度、结皮厚度、结皮抗剪强度均高于风干土、饱和湿土和干撒PAM,干撒PAM的土壤表层结皮覆盖度低于饱和湿土但高于风干土,结皮厚度和结皮抗剪强度高于风干土及饱和湿土,干撒PAM后喷水及喷施PAM溶液的土壤含水率高于风干土、饱和湿土及干撒PAM,干撒PAM的土壤含水率与风干土基本一致。干撒PAM、干撒PAM后喷水和喷施PAM溶液的风蚀量分别为风干土的53.13%、11.17%和6.35%,为饱和湿土的76.34%、16.05%和9.12%,干撒PAM后喷水的抗风蚀能力接近于风沙土表层喷施PAM溶液。3)由于喷施PAM溶液需消耗大量的水分及人力,建议风沙区可在降雨前将2 g/m2的PAM干撒于土壤表层或干撒后向土壤喷水,可有效减少风蚀量。     

干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响

[目的]探究干旱区不同降雨模式对藻结皮覆被区土壤碳释放的影响,为精确估算干旱区生态系统土壤碳释放量提供科学依据。[方法]以乌兰布和沙漠为例,通过人工增雨和改变降雨频率来模拟全球气候变化,对藻结皮覆被区土壤碳释放量进行长期野外监测。[结果]降雨能够刺激藻结皮覆被区土壤呼吸速率迅速大幅度提升,并在1 h内达到峰值,12 h左右降至较低水平。但随着干湿交替次数的不断增大,土壤再湿润后所产生的呼吸脉冲逐渐减弱,最后1次降雨与第1次相比土壤呼吸峰值降低了40%～60%。在降雨后16 h累积碳释放量、总碳释放量都随着降雨量的增大而增大,但当降雨量增大到一定程度后,其对土壤碳释放量的促进作用不再明显。就单次降雨而言,低频率、大雨量的降雨事件所引起的碳释放量明显高于高频率、小雨量的降雨事件。但总降雨量一致的情况下,则是高频率的小降雨事件所释放的总碳量最高,其次为低频率的大降雨事件,正常降雨频率下最小。[结论]气候变化所引起的降雨量增加和降雨频率的变化将会增加藻结皮覆被区的碳排放量,在预测碳收支时,也应将藻结皮的碳排放量变化作为考虑因素之一。     

不同生境对人工结皮发育及表土氮、磷含量及其代谢酶活性的影响

土壤生物结皮对于改善荒漠地区的生态环境和土壤的增肥改良具有重要作用.本研究以库布齐沙漠固定沙丘(迎风坡、坡顶、背风坡和丘间地)披碱草和沙蒿群落下长期发育(8年生)的人工藻结皮为研究对象,测定不同生境下人工结皮对表层土壤氮、磷元素含量以及相关土壤酶活性的影响.结果表明,在不同立地条件下,沙丘顶部结皮叶绿素a和土壤可溶磷含量最高,分别为4.24 mg/g和2.926 mg/kg.丘间地结皮层土壤碱性磷酸酶活性、总磷含量及脲酶活性为最高,迎风坡结皮生物量和土壤碱解氮、速效磷含量以及土壤酶活性明显高于背风坡结皮层土壤.在相同立地条件下,披碱草下结皮生物量、碱解氮、速效磷含量和脲酶及碱性磷酸酶活性显著高于沙蒿下的结皮土壤.本研究表明生境的差异性导致人工结皮发育程度不同,进而对表土氮、磷含量及其代谢酶产生不同影响,人工生物结皮的发育程度与表土氮磷素含量及其代谢酶活性之间存在显著相关性.不同植被群落对生物结皮发育具有不同的作用,披碱草对人工生物结皮影响的正效应高于沙蒿.     

极端干旱区咸水滴灌林地盐结皮对土壤蒸发的影响

由于长期使用高矿化度咸水滴灌,土壤盐结皮在塔里木沙漠公路防护林带内广泛发育,它会对林带土壤蒸发过程产生重要影响。采用田间取样分析和微型蒸发器（MLS）人工控制试验相结合,分别研究了一个灌溉周期内盐结皮影响下林间裸地和防护林带内的土壤蒸发过程。结果表明,土壤水分蒸发量自表层向下层逐渐减少,且有盐结皮的土壤蒸发量小于无盐结皮土壤;土壤日蒸发量随着含水量的降低而逐渐减小,有盐结皮土壤前期高于对照,而后期低于对照;土壤累积蒸发量随着时间的变化逐渐增大,但增加量逐渐减小,有盐结皮土壤累积蒸发量小于对照;盐结皮对土壤蒸发的抑制效率随着时间的变化而不断降低,但裸地的降低速度高于林地;盐结皮抑制土壤水分蒸发的效果明显。     

黄土高原生物结皮对土壤养分的表层聚集与吸附固持效应

  【目的】  生物结皮的广泛发育可显著影响表层土壤养分状况,在土壤养分积累和循环中发挥重要作用。通过淋溶实验和吸附试验研究其作用效果和机制。  【方法】  以黄土高原质地不同的风沙土和黄绵土为对象,分别选取有生物结皮覆盖和无结皮覆盖的地块,分析生物结皮层、结皮层下0—2、2—5和5—10 cm土层土壤的有机质、全碳、全氮、全磷含量,研究生物结皮对土壤养分含量的影响及其随土壤深度的变化规律。以Cl?、K+、Ca2+为示踪离子开展土壤淋溶实验,分析其淋出土壤的特征;淋溶实验结束后,测定包括结皮层在内的各土层离子吸附解析量。  【结果】  1) 生物结皮层 (约2 cm厚) 养分含量是无结皮土壤的0.43～10.51倍。生物结皮覆盖下0—10 cm土壤的养分含量均高于对应深度的无结皮土壤,有机质、全碳、全氮、全磷含量比无结皮土壤增加了1.4%～184.9%。2) 生物结皮层的养分含量比其下层土壤提高了38.2%～557.1%,而无结皮的表层 (0—2 cm) 土壤养分含量仅比其下层土壤提高了13.4%～213.9%,这表明生物结皮增强了土壤养分的表层聚集。3) 生物结皮覆盖土壤中添加的养分在相同条件下相较于无结皮土壤更难以淋出;除易淋溶的Cl?全部淋出外,K+和Ca2+未被全部淋出,且在生物结皮覆盖土壤中的累积淋出量比无结皮土壤低21.9%～47.4%。淋溶实验结束后结皮层的Cl?、K+、Ca2+含量均显著高于无结皮 (8.8%～340.4%) 和结皮下层土壤 (14.5%～62.7%)。4) 生物结皮显著增加了土壤对Cl?、K+、Ca2+的吸附量,其增加幅度为27.8%～118.1%,且生物结皮层对不同离子吸附能力的强弱依次为Ca2+>K+>Cl?。  【结论】  与无结皮土壤相比,生物结皮能够增加土壤养分含量并促进土壤养分的表层聚集,同时提升土壤对养分的吸附与固持能力,因而有利于退化贫瘠土壤的养分积累,在干旱和半干旱地区土壤肥力提升与生态环境改善方面发挥着至关重要的作用。     

The effect of soil crust on the generation of runoff on small plots in an arid environment

In arid zones, runoff is frequently generated as a result of the crust development on the soil surface. This crust is a thin layer of greater density, high shear strength, finer pores and has a lower saturated hydraulic conductivity than the underlying soil. The objective of the research reported herein was to study the factors that influence the generation of runoff in small plots under natural rainfall conditions. Factors studied were crust permeability, roughness, soil salt content and time gaps between the rain showers.     

微咸水滴灌条件下沙穴种植的土壤水盐二维空间分布规律

河套灌区重度盐碱土具有结构性差、导水率低的特点,且该地区淡水资源短缺,为提高土壤水入渗性能,合理开发利用微咸水资源,可在滴头下方设置沙穴并利用微咸水灌溉。为探明不同矿化度微咸水滴灌的沙穴种植条件下二维土壤水盐分布规律,采用室内50 cm×50 cm二维土槽模拟试验,设置蒸馏水(0 g/L),2.0,3.0,4.0 g/L 4种不同矿化度处理,试验历时100 h。结果表明:在深度5 cm距滴头两侧15~20 cm及滴头下方25 cm的盐碱土处,土壤含水量较高,沙土土壤含水率随着矿化度的增加而增加,盐碱土土壤含水率随着矿化度的增加呈现先增加后降低的趋势,采用3.0 g/L灌溉水滴灌时,盐碱土含水率最大(变异系数为7.64%),说明利用3.0 g/L微咸水灌溉可有效提高沙穴种植条件下土壤含水率;入渗100 h后盐分主要聚集在滴头下方25~30 cm处,沙穴结构试验中,灌溉水矿化度为4.0 g/L的情况下土壤平均电导率最大(变异系数为50.59%),水平方向盐分淋洗效果优于垂直方向,且灌溉水矿化度越低,淋洗效果越显著,蒸馏水处理脱盐率为13.99%,灌溉水矿化度为2.0,3.0,4.0 g/L时积盐率分别为7.93%,14.57%,30.05%,脱盐半径随矿化度的增大而减小,3.0 g/L与2.0 g/L积盐量差异不显著(P=0.460>0.05),与4.0 g/L处理下积盐量差异显著(P=0.024<0.05)。结合土壤水盐空间分布规律,利用3.0 g/L微咸水可提高盐碱土土壤含水率,控制沙穴种植结构土壤积盐量,提高根系层土壤保水性。     

陕北毛乌素沙地生物结皮发育特征的初步研究

通过野外采样和室内分析相结合,掌握了陕北毛乌素沙地不同采样点生物结皮层的理化性质以及该地区生物结皮的发育特征,为以后进一步研究毛乌素沙地生物结皮的防风固沙效应奠定了理论基础.结果表明:随着生物结皮的发育,结皮层厚度增加.最大值为11.82 mm;土壤颗粒细化,0.02～0.05 mm之间的颗粒含量为7.3%～27.7%,高于流沙中的颗粒含量;由于颗粒的细化,结皮层容重增加,其抗剪强度明显提高,且抗剪强度与厚度和容重之间存在一定的相关性.生物结皮层pH值为7.23～7.81,低于流动沙地的pH值;有机质、N和K含量明显高于流沙的含量;P含量有所增加但不明显.研究表明,各个样点的生物结皮效应表现有所不同,原因有多方面.主要是结皮的发育程度、植被盖度以及采样点地形地貌之间的差异所引起.     

不同降雨强度下土壤结皮强度对侵蚀的影响

为定量分析土壤结皮对坡面侵蚀的影响,该文选择塿土、黄绵土、黑垆土和黄墡土4类土壤,分析其在3种雨强(60、90、120 mm/h)下的结皮强度变化规律。结果表明,当土壤含水率高于30%时,不同降雨强度下结皮强度差异不显著(P0.05),当含水率小于30%时,结皮强度随降雨强度增大而增强。以杨凌塿土10°坡面为例,进行坡面人工模拟降雨试验,分析计算不同强度结皮坡面的侵蚀产沙、径流剪切力、阻力系数以及流速,结果表明:结皮对坡面产流的影响并不显著,但其存在有效地减少坡面的侵蚀产沙量。结皮存在能有效地减少坡面产沙量,无结皮坡面的产沙量是结皮坡面产沙量的1.24~8.72倍。相同降雨条件下,结皮强度越大,其产沙量越小。进一步通过灰色关联分析得出:随着坡面结皮强度增加,水流功率对坡面侵蚀的作用效益不断减小,而阻力系数的作用效益增加,即水流增加产沙的正效应不断减弱;另一方面,结皮强度增大使得坡面土壤抗蚀性增强,因此,结皮强度越大,坡面侵蚀量将大幅度减少。研究可为准确有效预报坡面土壤侵蚀提供重要依据。     

DCD 在不同质地土壤上的硝化抑制效果和剂量效应研究

通过硝化抑制剂抑制土壤硝化作用是实现作物铵硝混合营养和提高氮肥利用率的重要途径之一。本试验采用室内模拟的方法, 在人工气候室(25 ℃)黑暗培养条件下, 应用新疆石灰性土壤研究了不同剂量的双氰胺(dicyandiamide, DCD)在砂土、壤土、黏土3 种不同质地土壤中对土壤硝态氮、铵态氮转化的影响及DCD 的剂量效应和硝化抑制效果。处理30 d 内, 各剂量DCD 处理对砂土的硝化抑制率为96.5%~99.4%(平均值为98.3%), 在黏土上为66.9%~85.6%(平均值为77.6%), 在壤土上为49.3%~79.4%(平均值为67.7%), 总体硝化抑制率表现为砂土>黏土>壤土。在砂土上DCD 的剂量效应不明显, DCD 用量从纯氮的1.0%增加到7.0%时, 土壤中硝态氮含量仅增加1.9~10.7 mg·kg^-1(培养30 d 时); 而在壤土和黏土中, 土壤硝态氮含量随DCD 浓度的增加而显著下降, 存在明显剂量效应。这说明施用DCD 可显著抑制新疆石灰性土壤的硝化作用过程, 在砂土、壤土、黏土中DCD 的最佳浓度分别为纯氮用量的6.0%、7.0%和7.0%, 并在培养30 d 内发挥显著作用。